تمكن الباحثون من التشابك الكمي لأربعة فوتونات في نظام مدمج

نشرت المجموعة البحثية للبروفيسور حجاي إيسنبرغ بالتعاون مع معهد أبحاث فرنسي وطالبي الدكتوراه دانييل إستراتا ويهودا بيلنياك من الجامعة العبرية، في المجلة طبيعة الاتصالات ، أدى إلى ظهور بحث جديد يبشر بنظام كمي مدمج جديد ومبتكر يسمح بتشابك عدد عشوائي من الفوتونات

يمكن لجسيمين كميين يتشاركان في خصائص مختلفة بطريقة خاصة أن يصبحا متشابكين. بمعنى آخر، تصبح خصائصهما مشتركة ولا يمكننا التعامل معهما على أنهما مادتان مختلفتان، على الرغم من أن المسافة بينهما قد تصل إلى سنوات ضوئية. التشابك الكمي يحولهم إلى نظام واحد لا ينفصل. تتصرف الجسيمات بطريقة منسقة وتتغير وفقًا لذلك، بحيث أن قياسات خواصها الفيزيائية التي تغير أحدها ستؤثر فورًا على نفس الخاصية في الجسيم الآخر. ألبرت أينشتاين الذي درس الظاهرة كان مقتنعا في ذلك الوقت بأن نفس الارتباط الغامض الموجود بين الجسيمات المتشابكة بغض النظر عن موقعها - وهي ظاهرة تسمى "اللامكانية الكمومية" - تثبت أن ميكانيكا الكم ليست نظرية كاملة وتسمى ربط "عمل الأشباح".

في مقال جديد نشر في المجلة المرموقة طبيعة الاتصالات يقترح فريق البحث من البروفيسور حجاي ايزنبرج وشارك فيها طالبا الدكتوراه دانيال إستراتا ويهودا بيلنياك من معهد ركاح في الجامعة العبرية في القدس.وهي طريقة لإنشاء مورد مهم في البصريات الكمومية وهي حالة متشابكة من عدة فوتونات مجمعة معًا، وليس اثنين فقط. أصبح إنشاء حالة كمومية تحتوي على عدد كبير من الجسيمات أمرًا ممكنًا علميًا الآن اختراق كبير في تكنولوجيا الكم، والذي سيمكن من التواصل الكمي متعدد المشاركين، والحوسبة الكمومية المتقدمة بالإضافة إلى تأكيد نظريات الكم المختلفة والمزيد. وفي هذا السياق، تجدر الإشارة إلى كلام الفيزيائي البريطاني جيم الخليلي، الذي ادعى أن الكمبيوتر الكمي الذي يتمكن من الحفاظ على تشابك 300 ذرة فقط سيكون قادرًا على أداء مهام حسابية معينة بشكل أفضل من الكمبيوتر الثنائي في الحجم. الكون بأكمله، أو أنه سيتمكن في ثوانٍ معدودة من أداء مهام لن يكفي الكمبيوتر العادي لأدائها لفترة تعادل كامل عمر الكون. حتى الآن، كانت الأنظمة التي حاولت زيادة كمية الفوتونات في الحالة المتشابكة تتطلب إضافة العديد من مصادر المعدات وأجهزة الكشف عن الضوء في هذه الأنظمة. تضع هذه الحاجة حدًا حقيقيًا للتطبيق العملي لتطوير الأنظمة المستقبلية القائمة على الفوتون لأغراض المعالجة الكمية. إن عمل مجموعة بحث البروفيسور حجاي إيزنبرج من الجامعة العبرية يغير الصورة.

وهي المرة الأولى التي يتم فيها بنجاح إنشاء حالة كمومية متشابكة مكونة من أربعة فوتونات

تم إنجاز العمل الحالي بالتعاون الدولي مع أحد المختبرات الرائدة في العالم - وهو مختبر البروفيسور باسكال سينلار من جامعة باريس ساكلايوالتي تتمثل خبرتها في إنتاج مصادر عالية الجودة قادرة على إصدار الفوتونات بشكل منفصل وبجودة عالية وبمعدلات عالية. تمكن الباحثون من تجميع نظام أثبت بنجاح إنشاء حالات كمومية متشابكة تصل إلى أربعة فوتونات متشابكة معا. في الواقع، هو كذلك وهي المرة الأولى التي يتم فيها بنجاح إنشاء حالة كمومية متشابكة مكونة من أربعة فوتونات استخدام مصدر واحد قادر على إصدار الفوتونات بشكل استباقي، مع استخدام كاشفين للضوء وعدد واحد من العناصر البصرية. وقد تحمل نتائج البحث معها أخبارًا واعدة لتوفير فرصة جديدة لدراسة الظواهر الكمومية وكذلك لتطبيقها في التقنيات القائمة على معالجة المعلومات الكمومية متعددة المشاركين بطريقة بسيطة ومحمولة.

طريق طويل للحصول على القياسات

طلاب الدكتوراه دانييل إستراتا ويهودا بيلنياك, من مجموعة بحث البروفيسور حجاي إيزنبرج، الشركاء: "على الرغم من أننا توقعنا من الناحية النظرية نتائج إيجابية في نجاح النسيج، إلا أنه كان لا بد من السير في طريق طويل وصعب للحصول على القياسات التي تدعمه. في المرحلة الأولية بعد وصول النظام إلى فرنسا، طُلب منا وصف النظام بناءً على القياسات الأولية التي أجريناها في الموقع. كشف التوصيف أنه كان علينا معايرة النظام بطريقة غير عادية لم نتوقعها. ومع ذلك، وبفضل مرونة النظام، يمكننا القيام بذلك على الفور. أظهرت النتائج الأولى للنظام المُعاير ومعايرة مصدر الفوتون وفقًا لذلك، بشكل لا لبس فيه، تأثير التشابك على فوتونين. عندما حدث ذلك، كنا متحمسين للغاية وأدركنا أنه في النظام الذي طورناه يمكننا أن نتقدم خطوة أخرى، وبالفعل، تمكنا من إظهار مشهد مكون من ثلاثة وأربعة فوتونات. كنا سعداء للغاية لأننا تمكنا من تحقيق هذه النتيجة".

الهدف المهم الآخر الذي حققه البحث هو تقليص النظام الأصلي بطريقة تسمح بذلك حركتها، وبالتالي سيكون خطوة مهمة نحو التنفيذ العملي للأنظمة المستقبلية من هذا النوع. النظام الأصلي الذي تم من خلاله عرض فكرة التشابك الدوري، تم نشره على مسافة سبعة أمتار في المختبر. ولأول مرة، أتاح استخدام مصدر المجموعة الفرنسية إمكانية التخطيط الكامل للنظام، والذي يعتمد في معظمه بشكل كامل على استخدام مكونات الألياف الضوئية. الفكرة الأساسية في قلب النظام هي "إعادة تدوير" الفوتونات - الفوتونات التي تم إنشاؤها في وقت لاحق سوف تكون قادرة على الالتقاء بالفوتونات التي تم إنشاؤها في وقت سابق. وأسفرت النتيجة النهائية عن تخفيض كبير في حجم النظام، إلى حجم حاسوب مكتبي صغير، مما يثبت الإمكانيات العملية الكامنة في النظام. وهذا التقليص في النظام جعل من الممكن بالفعل إرساله بين الدول (من إسرائيل إلى فرنسا)، وهو إنجاز مهم وذو معنى في حد ذاته.

للمادة العلمية

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• لا يمكن للثورة الكمومية أن توجد بدون اتصال آمن
• الشركة الناشئة في مجال التشفير الكمي "Quant-AL-R" تسجل إنجازاً في حماية شبكات الألياف الضوئية
• التشابك الكمي بين الأحداث